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Conceptos básicos de una RL

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La idea de este artículo es mencionar e ilustrar los conceptos básicos para todo aquel que se inicia en el tema de la refrigeración líquida.

Antes que nada mencionar que los gráficos de este artículo en su gran mayoría son de  http://www.procooling.com/  y http://thermal-management-testing.com  desde ya muchas gracias.
 
La primera sugerencia es que no hagas caso a todo lo que se ve, publica o lees por los distintos foros, webs, guías y artículos “incluso y sobre todo este”.
De cada artículo leído, uno debe sacar los conceptos, razonarlos, analizarlos y determinar que es lo que sirve, que es real, que aplicaremos y que no.
Creo que lo primero que uno debe fijar, antes de la construcción de un circuito de refrigeración líquida, es la finalidad con que será construido, me refiero a si la idea es: bajar el ruido de la PC, hacer overclocking extremo, solo evitar elevadas temperaturas o simplemente hacer algo distinto y bonito.
Esta elección determinará las propiedades del circuito y las características y precio de cada componente.
Podemos discutir si un VW escarabajo queda lindo o feo con 4 gomas de formula 1 pero estamos seguros de que no le rendirán en proporción al precio.
El circuito de RL es lo mismo, una suma de componentes donde tanto el radiador, la bomba y el bloque forman un conjunto y cada uno de estos elementos debe ser acorde con el resto y el conjunto debe estar de acuerdo con la función a cumplir.
La refrigeración líquida no es ingeniería nuclear, pero si una suma de factores termodinámicos, hidráulicos y constructivos que se interrelacionan y donde muchas veces un factor desequilibra al otro.
No existe una fórmula mágica, ni un diseño absoluto para hacer que un circuito funcione, pero si hay conceptos básicos que es lo que trataremos en este artículo.
 
 
Mucho se habla acerca de la velocidad del flujo de agua y existe el mito de que el agua debe circular despacio para poder sacar el calor y enfriarse.
Esto es totalmente falso, el incremento del caudal genera una mayor velocidad de circulación lo que hace elevar el número de Reynolds generando un flujo turbulento que mejora el intercambio entre el bloque y el agua.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El gráfico demuestra la influencia del mayor flujo en la disminución del coeficiente C/W que es el que nos da el valor de dividir el delta de temperatura por la energía disipada por nuestro micro.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pero ese mayor flujo tiene un costo, dado que en cada circuito tendremos resistencias a vencer.
Para lograrlo necesitaremos la presión suficiente. Y esa presión vendrá dada por las características de la bomba, el radiador, el diseño del bloque y las resistencias de las cañerías según su diagrama de recorrido, uniones y curvas.
La refrigeración líquida baja muy fácil los primeros grados de temperatura, pero a medida que queremos acercarnos a la temperatura ambiente, cada grado centígrado llevará mucho tiempo, esfuerzo y dinero.
 
La fórmula para calcular el C/W con relación a la temperatura ambiente es :
 
Temperatura del micro – Temperatura ambiente      = C/W
                                                                                                       Watts generados por el micro
 
Basándonos en el gráfico que relaciona flujo con C/W tomemos como ejemplo del bloque de Innovatek.
Vemos que para una disipación de 70 watt y con una temperatura ambiente de 25ºC en un circuito cuyo caudal es 2 lts/min nuestro micro estará a una temperatura teórica de 41,8ºC . Para conseguir bajar nuestro micro a 40,4ºC necesitaremos un caudal de 11 lts/min.
O sea de 120 litros/hora en nuestro circuito, deberíamos llegar a 660 litros/hora por 1,4ºC. (Cuidado de no confundir caudal del circuito, con el de la bomba)
Y es aquí donde entra el concepto de conjunto en cuanto al circuito y la finalidad del mismo.
Como vemos no necesitaremos una bomba de 1500l/h y 2 metros de columna de agua y un súper radiador si lo que deseamos es no tener 6 ventiladores en nuestra PC funcionando a full en el verano, con el ruido que ello implica.
Pero si la idea es overclocking extremo necesitaremos cada vez más bomba, que por desgracia es sinónimo de más dinero, más radiador que significa más espacio, caja tower o super tower y ...
A medida que buscamos más y más, nos encontramos con que las dimensiones del radiador tienen límites, las bombas un costo muy grande y es por eso que los esfuerzos se centran en el diseño y rendimiento del bloque.
El bloque es quien quita el calor del micro por conducción y lo traspasa al agua por convección.
Lo primero que tenemos que tener en cuenta es que la superficie de “contacto” entre el micro y la base del bloque debe ser la mayor posible, para beneficiar la conducción del calor. Dado que no podemos variar las dimensiones del core del micro tenemos que lograr que la base del bloque sea lo más lisa y plana posible para de esa manera conseguir mayor contacto.
Si bien es complicado definir el espesor de la base para una correcta conducción del calor, el traspaso del calor al agua, es donde el tema se complica aun más.
Para lograr un traspaso eficiente tendremos que lograr la mayor superficie de contacto entre el bloque y el agua, a su vez necesitamos que el agua circule turbulentamente, a gran velocidad y que friccione contra las paredes del bloque para extraer el calor.
Hay variables contrapuestas que son las que hay que conjugar, presión, velocidad, fricción, capas laminares, etc. y en la combinación de estas está el diseño.   
No necesariamente un bloque restrictivo se desempeñará mejor que uno que no lo sea o viceversa, si el conjunto funciona acorde.
 
 
 
 
Si observamos un bloque como el Swiftech veremos que consta de una base gruesa y plana con una entrada central que logra cierto efecto jet sobre el core del micro y una salida. Ninguna restricción, ningún circuito interno, solo unas muescas en su base.
Tomamos el Innovatek y el D-Tec TC4 que no tienen entrada central y vemos un circuito mucho más restrictivo. Vemos tres conceptos totalmente opuestos, con bases de muy variado espesor y con resultados similares.
Debajo el microchannels con canales de 1 m.m., jet central y una base de 1,5 m.m.
 
Como podrán ver y analizar cada uno tiene pros y contras, uno muy restrictivo, otro muy grueso, uno muy turbulento, otro muy veloz, ¿cuál es el mejor?
El que tu estás por construir    
Vale la pena el intento, hay que lograr que la ecuación funcione, “solo” hay que conseguir la máxima presión, el máximo de área de contacto, la máxima velocidad, la máxima fricción, con el correspondiente espesor en la base y ponerle el radiador y la bomba adecuada.
¿Fácil no?    Pero tampoco tan complicado.
 
 
En cuanto a radiadores las variables son muchas. Encontrarás diseños desarrollados para computadoras, de calefacción de automóviles, para refrigeración comercial, etc.
La idea es obtener la mayor cantidad de superficie con la menor restricción posible.
La disposición y forma de las aletas son las que determinan el ruido y la eficiencia de la transferencia del calor al aire. Siendo la presión de los ventiladores uno de los factores más importante a tener en cuenta. Dicha presión y la resistencia que opondrán las aletas nos va a dar la cantidad de flujo de aire que atravesará el radiador.
He visto varias personas que elijen su ventilador en base a los CFM o m3/h que especifica el fabricante pero esos cfm no se relacionan con los que efectivamente atravesarán el radiador, dado que para hacerlo necesitamos vencer la resistencia que las aletas oponen y es ahí donde la presión juega un factor fundamental.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El gráfico nos muestra la disipación de un radiador (eje Y)  a distintos valores de caudal (eje X)  para 4 distintas presiones de flujo de aire medidos en pulgadas de columna de agua.
Claramente se aprecia el incremento de rendimiento al elevar la presión del ventilador.
Las características de la relación rendimiento/caudal son distintas para cada radiador pero tienden a mantener la tendencia que se refleja en el gráfico.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Muchos creen que si se ponen dos radiadores en lugar de uno nuestra temperatura bajará el doble y esto no es así. Incluso un solo radiador con el doble de tamaño que otro jamás nos dará el doble de rendimiento.
En cuanto a su disposición en el circuito debemos tener en cuenta las restricciones generadas. Dos radiadores en paralelo generarán mucha menor restricción que los mismos puestos en serie.

 

 

 

 

 

En el gráfico se puede apreciar las curvas de presión de columna de agua requerida para distintas disposiciones de un mismo tipo de radiador.

 

 

 

 

 

Con relación a las bombas no sirve de mucho los valores máximos dados por los fabricantes, lo importante es la curva P-Q  (presión-caudal). Podemos encontrar bombas con excelentes valores finales pero curvas muy planas.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Por ejemplo la MCP-600 de Swiftech no tiene los valores de caudal de una Eheim 1250 pero su funcionamiento, dentro de determinados circuitos, dada su curva P-Q hace que rinda igual o mejor que la Eheim.
 
 
 
 
 
 
 
 
Otro factor a tener en cuenta son los diámetros de salida, los valores de rendimiento expresados en las curvas y/o datos del fabricante generalmente vienen dados para los diámetros de salida originales de las bombas. La adaptación a las mangueras utilizadas en el circuito hace que esos valores sean distintos. A medida que reducimos el diámetro de salida el caudal de nuestra bomba será menor.
 
Por último, con relación a los codos, uniones, desviaciones “Y” o “T” y demás elementos que hacen al armado del circuito debemos ser muy cuidadosos. De nada sirve gastar dinero en elementos de alto rendimiento si después ponemos codos a 90º que generan demasiada restricción. Cuanto más cortas las cañerías y más amplio sus radios de curvas, mejor rendimiento lograremos.
 
Espero lo que hallas leído sea de utilidad, la idea es explicar las nociones básicas de la RL sin entrar en técnicismos y cálculos. Si no lo he logrado o tienes dudas por favor coméntalo en el foro.
 
Los gráficos pertenecen a B.Adams y Procoolings.
 
@itor
 
 
  

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